Оборудование каротажных станций

1. Каротажные кабели. Каротажные кабели предназначены: 1) для транспортировки по стволу скважины зондов, датчиков, геофизических приборов, стреляющих аппаратов, грузов; 2) для обеспечения электрической связи между скважинными приборами и наземной измерительной аппаратурой; 3) для определения глубины нахождения скважинных зондов и приборов при измерениях.
Каротажные кабели состоят из следующих трех элементов: 1) токопроводящих жил, изготовленных из стальной проволоки, стальной и медной или из одной медной проволоки; 2) изоляции жилы, выполненной резиной или теплостойкими пластмассами; 3) защитного покрова из оплетки, шланга или проволочной брони, предохраняющей жилы кабеля от механических повреждений.
Каждый тип кабеля обозначается шифром, который является его сокращенной характеристикой. Первая буква шифра К — начальная буква слова «каротажный»; вторая буква указывает на число токопроводящих жил: О — одножильный, T — трехжильный, С — семижильный; третья буква указывает на характер защитного покрытия: О — в оплетке, Ш — шланговый, Б — бронированный. Четвертая буква шифра трехжильного и семижильного кабелей имеет специальное значение: H — нефтестойкий, T — теплостойкий, Г — грунтоносный, Ф — жила кабеля покрыта изоляцией из фторопласта. Четвертая буква шифра одножильного кабеля — буква Д — означает наличие двойной брони; буквы Н, Т, Г, Ф в шифре одножильного кабеля стоят после буквы Д. Цифра, которая стоит после буквенного шифра, указывает на минимальное разрывное усилие для данного кабеля в тоннах.
В настоящее время выпускаются в основном кабели трех типов: в оплетке, в шланге, в проволочной броне.
Каротажные кабели в оплетке и в шланге выпускаются только в трехжильном варианте. Токопроводящие жилы оплетенных кабелей выполняют одновременно функцию троса, на котором подвешен скважинный прибор. Токопроводящая жила кабеля КТО состоит из одной медной проволоки диаметром 0,41—0,52 мм и нескольких (18—48) стальных проволок диаметром 0,4—0,5 мм. Каждая жила покрыта слоем изоляционной и нефтегазостойкой резины и обмотана двумя слоями прорезиненной ленты, окрашенной в различные цвета. Отдельные изолированные жилы скручены между собой, а наружные промежутки между ними заполнены резиновыми или хлопчатобумажными шнурами с целью придания кабелю цилиндрической формы. Далее скрученные жилы обмотаны несколькими слоями хлопчатобумажной прорезиненной ленты, поверх которой наложена оплетка из льняной пряжи и кордных нитей. Оплетка пропитана противогнилостным составом.
Шланговые кабели отличаются от оплетенных только верхним покрытием: вместо оплетки скрученные жилы опрессованы одним или двумя слоями резины.
Бронированные кабели выпускаются в одножильном, трехжильном, семижильном и шестижильном вариантах.
Жила кабеля состоит из скрученных между собой медных (от 1 до 12) и стальных (от 3 до 6) проволок, покрытых двумя слоями резины. Нижний слой, состоящий из резины ТСШ-50, обеспечивает высокое качество изоляции. Верхний слой (из нейритовой резины) обладает хорошей нефтегазостойкостью, предохраняет нижний слой от разрушения при работе кабеля в скважинах, заполненных нефтью или газом. Оба слоя резины наложены на жилу одновременно и вулканизированы при помощи аппаратов непрерывной вулканизации. Поверх слоя резины наложена оплетка из хлопчатобумажной пряжи, пропитанная противогнилостным составом. Оплетка служит для предохранения резинового слоя от разрушения под действием проволок брони.
Броня кабеля является его защитной и грузонесущей частью и состоит из двух повивов стальных оцинкованных проволок. Направление повивов в каждом слое брони противоположное, что препятствует раскручиванию кабеля во время его работы в скважинах. Устройство многожильных бронированных кабелей аналогично одножильному.
Кабели в шланге и в оплетке имеют малый (1,3—1,9 г/см3) удельный вес, небольшое (0,3—4,0 т) разрывное усилие, большой (16—25 мм) диаметр и применяются в основном для каротажа неглубоких рудных скважин.
Бронированные кабели обладают большим (4,0—5,2 г/см3) удельным весом, меньшим (8,4—18,4 мм) диаметром, большим (4—6 т) разрывным усилием по сравнению с первыми двумя типами кабелей. Кроме того их изоляция рассчитана для работы при высоких температурах и давлении. Указанные характеристики обусловили широкое применение бронированных кабелей для каротажа глубоких, в основном нефтяных и газовых скважин. Малый диаметр бронированных кабелей позволяет использовать обычный подъемник для каротажа глубоких скважин, не перегружая при этом лебедки.
2. Каротажные зонды. Отрезок кабеля с присоединенными к его жилам свинцовыми электродами называется каротажным зондом. Электроды служат для ввода тока в исследуемую среду и измерения потенциалов, возникающих в этой среде.

Процесс изготовления электрода показан на рис. 98. В зависимости от взаимного расположения электродов на отрезке кабеля различают зонды следующих типов: градиент-зонд, потенциал-зонд, кровельный и подошвенный, однополюсный и двухполюсный. Если расстояние между парными электродами (AB или MN) мало по сравнению с расстоянием между непарными электродами, то мы имеем градиент-зонд, если расстояние между парными электродами больше расстояния между непарными, — потенциал-зонд. Если парные электроды расположены вверху, зонд называется обращенным, а если они расположены внизу — последовательным. Обращенный градиент-зонд называется кровельным, последовательный — подошвенным. В зависимости от расположения в скважине одного или двух питающих электродов зонд называется однополюсным или двухполюсным.
Длиной градиент-зонда считается расстояние между напарным электродом и серединой сближенных электродов, длиной потенциал-зонда — расстояние между сближенными электродами.
Для выполнения каротажа методами электродных потенциалов и скользящих контактов применяются зонды специальных конструкций.

Устройство зонда для метода электродных потенциалов показано на рис. 99, а. Корпус 1 зонда изготовлен из изоляционного материала, содержит щеточный электрод 2 (электрод M), скользящий по стенке скважины, и электрод сравнения 3 (электрод N), который не касается стенки скважины. Электрод M изготовлен из кусков провода типа ГПСМ, на концы которых надеты цинковые колпачки 4, скользящие но стенке скважины. Другие концы электрода соединены с одной из жил 5 кабеля 6 и прижаты к корпусу зонда резиновыми кольцами 7, обеспечивающими также надежную изоляцию места соединения от бурового раствора скважины. Диаметр электрода M примерно на 5—10 мм превышает диаметр скважины. Электрод N состоит из двух цинковых или железных цилиндров, расположенных симметрично относительно электрода M и соединенных жилой 8 кабеля. Электрод содержит два центрирующих фонаря 9, которыми центрируется при движении строго по оси скважины. В нижней части зонда расположено устройство 10 для присоединения груза. Аналогично устроен зонд метода скользящих контактов; его отличие заключается лишь в том, что он не имеет электрода сравнения, а содержит лишь один щеточный электрод.
При изучении зоны проникновения бурового раствора используются так называемые микрозонды. Устройство одного из них (микрозонда 5МЗ-20) показано на рис. 99, б. Микрозонд состоит из центральной штанги 1 и трех пружинных рессор 2, расположенных под углом 120°, соединенных шарнирно с двумя муфтами 3, которые могут скользить вдоль центральной штанги, увеличивая или уменьшая диаметр рессорного фонаря. Под действием спиральных пружин 4 и упругой силы рессор резиновые башмаки 5 постоянно прижимаются к стенке скважины. На одном из башмаков установлены три электрода 6 на расстоянии 25 мм один от другого. Электроды подсоединены к жилам 7 кабеля 8, который закреплен внутри штанги обжимками 9 и образует петлю в нижней части микрозонда. Место соединения жил кабеля с электродами надежно изолировано при помощи конических выступающих из башмака трубок, которые отжимаются на жилах бандажом и резиновой изоляционной лентой. В нижней части центральной штанги специальным устройством 10 крепится груз. Из электродов башмака можно составить градиент-микрозонд. A0,025M0,25N и потенциал-микрозонд А0,05М, у которого электродом N служит корпус микрозонда.
3. Каротажные грузы. Для удобства спуска каротажного кабеля в скважину к зонду и в ряде случаев к глубинным приборам подвешивают груз. Обычно применяют свинцовые и чугунные цилиндрические грузы.
Свинцовый груз представляет собой цилиндрической формы болванку, внутри которой заключен каркас, изготовленный из металлической трубки с отверстиями или из металлического стержня с «ершом» в виде «елки». Отверстия в трубке и «елка» на стержне обеспечивают прочную связь свинцовой массы с сердечником и разбуривание груза в случае оставления его в скважине.
Чугунный груз представляет собой цилиндрическую болванку из фасонных колец, собранных на центральном стержне, скрепленных верхней и нижней головками. Нижнюю головку груза обычно снабжают муфтой, к которой подвешивают второй груз, если вес одного груза недостаточен для спуска кабеля.
В труднопроходимых бурением скважинах, имеющих уступы, вместо цилиндрических грузов нередко применяют гирлянды из 3—5 свинцовых шаров на расстоянии 10—15 см один от другого, соединенных оголенной жилой кабеля. Для работы в скважинах со значительными уступами применяют специальные центрирующие грузы.
Верхний конец груза имеет наконечник для подвешивания к зонду или прибору.
Диаметр груза 24—100 мм в зависимости от диаметра скважины. Вес груза 5—120 кг в зависимости от глубины скважины, удельного веса и вязкости бурового раствора, от типа кабеля.
4. Каротажные лебедки и подъемники. Спуск каротажного кабеля в скважину и подъем его осуществляется при помощи каротажной лебедки. Тип и размеры лебедки зависят от глубины скважины и марки кабеля, необходимого для выполнения работ.
В настоящее время применяются лебедки типов ЛK, ЛKA, ЛKM и ЛПМ.
На рис. 100 показано устройство лебедки типа ЛКА-400. Ее барабан 3 укреплен на раме 1, которая крепится к основанию 2. Барабан приводится во вращение ручным приводом через цепную передачу 12 при помощи ручки 13 или от червячного редуктора автомашины через ведомое колесо 11 трансмиссионного вала 10 и цепное колесо 4. Вращение барабана через цепную передачу 14 передается на вал 15, имеющий правую и левую резьбу. По валу 15 в процессе его вращения передвигается каретка водильника 16, соединенная с роликом 17, ведущим кабель. Ролик 17 перемещается по валу 18 и крутится вместе с ним. Вращение оси вала 18 передается на редуктор 20 для привода лентопротяжных механизмов регистраторов и счетчика глубин контрольного щитка 9 лебедчика.

Счетчик глубин щитка 9 соединяется с редуктором 20 гибким валиком 21. Лентопротяжные механизмы соединяются с редуктором 20 при помощи сельсинов.
Кабель перед укладкой на барабан проходит через ролик 17, скрепленный с водильником 16. Благодаря постепенному перемещению водильника 16 по валу 15 (дойдя до одного конца вала, водильник по резьбе другого направления движется к другому концу вала) кабель плотно и правильно укладывается на барабане лебедки. В лебедке предусмотрена также ручная укладка кабеля при помощи штурвала 19.
Лебедка имеет ленточный тормоз 5, который управляется рычагом 6, и храповое колесо 7. При взведенной собачке храповое колесо препятствует вращению барабана в сторону разматывания кабеля, что создает удобство и безопасность работы во время каротажа. Коллектор 8 предназначен для электрического контакта жил кабеля и одноименных проводов, идущих с пульта управления станцией.
Лебедка ЛКА-400 используется при каротаже скважин глубиной до 400 м.
При каротаже скважин глубиной до 900; 1500; 2000 и 3000 м применяются соответственно лебедки ЛКМ-900, ЛКМ-1500, ЛКМ-2000, ЛКМ-3000А, предназначенные для трехжильного кабеля.
Лебедка ЛПМ-2 рассчитана на одножильный кабель и глубину до 3000 м, ЛК-2 может работать с одножильным, трехжильиым и семижильным кабелем при глубине исследуемых скважин 2300—7000 м в зависимости от типа кабеля.
ЛКМ-2-900 и ЛКМ-1500 устанавливаются в лебедочном отделении станции АЭКС-900 (1500) или АЭКС-ЛП-900 (1500). При этом лаборатория и станция смонтированы на одном автомобиле: станция АЭКС-900 — на автомобиле ГАЗ-6ЗЕ, станция АЭКС-1500 — на автомобиле ЗИЛ-157.
Лебедки остальных указанных выше типов монтируются на отдельных автомобилях, которые называются подъемниками. ЛКМ-2000, ЛКМ-3000А и ЛПМ-2 являются соответственно основными частями подъемников СКПМ-2000 и СКППМ-3000, смонтированных на автомобиле ЗИЛ-157. ЛК-2 установлена в подъемнике СКП-7/1АЭКС-5, который монтируется на автомобиле Урал-375. Во всех современных моделях самоходных подъемников и каротажных станций привод лебедки осуществляется от двигателя автомобиля через коробку отбора мощности и двухскоростной редуктор.
Самоходный подъемник любого типа состоит из двух частей: лебедочного отделения и кабины лебедчика. В лебедочном отделении монтируется лебедка с кабелем; при транспортировке тут же крепятся блок-баланс, скважинные приборы и грузы. В кабине лебедчика установлены контрольные панели лебедчика, органы управления лебедкой (рычаг переключения передач двухскоростного редуктора, тормоз, рычаг управления храповым устройством лебедки, штурвал для привода укладчика кабеля), дублеры педали газа, педали сцепления, рычага управления коробкой передач, переговорное устройство.

5. Способы сращивания кабеля. Шланговые и оплетенные кабели сращивают способом пайки, соединительными патронами или соединительными муфтами.
Способ сращивания пайкой показан на рис. 101. Сращиваемые жилы соединяют так, чтобы их проволоки чередовались и переплетались. Для прочности ставят и пропаивают несколько узких бандажей из медной проволоки. Способ пайки применяют для постоянного соединения кусков кабеля.
Сращивание кабеля соединительными патронами обеспечивает возможность легкого соединения его жил.
На концы жил устанавливают наконечники (рис. 102), которые соединяют муфтой, предварительно полностью навинченной на один из наконечников.
Сращивание кабеля соединительными муфтами является быстрым и легким способом подключения к кабелю зондов и выводов приборов. На концах жил кабеля устанавливают специальные полумуфты: верхние (с гайкой) на жилах нижнего конца кабеля лебедки, нижние — на жилах кабеля зонда или вывода из скважинного прибора. Для сращивания при помощи гайки верхней полумуфты свинчивают корпусы полумуфт. Для контакта в гнезда полумуфт вставляют штифты.

Сращивание выполняют таким образом, чтобы длина всех жил была совершенно одинаковой и нагрузка на кабель распределялась не жилам равномерно. Места соединения жил кабеля и места с нарушенной изоляцией изолируют резиновой лентой, а места соединения, кроме того, — резиновыми трубками.
Бронированный кабель выпускается кусками такой длины, чтобы можно было пользоваться ими без наращивания другими кусками. К их сращиванию прибегают лишь в случае крайней необходимости. Перед сращиванием концы жилы кабеля соединяют и место их соединения изолируют. Соединение жил не должно быть жестким — должна быть предусмотрена возможность взаимного перемещения их концов.
6. Заделка свечного моста. Свечной мост прибора служит для присоединения к нему жил кабеля. Свечной ввод трехжильного кабеля (рис. 103) состоит из стержня 1, изолированного от корпуса 2 свечи, и свечного моста 3 со втулками 4 и 5. Стержень закрепляют гайкой 6. Жилу кабеля присоединяют к верхней части стержня свечи при помощи муфты соединительного патрона. Место соединения изолируют резиновой трубкой и несколькими слоями резиновой ленты. Изоляцию накладывают на корпус 2 свечи и выше так, чтобы захватить около 10 см резинового покрова жилы. Резиновую трубку закрепляют бандажом против выточки корпуса свечи. Герметизация свечи обеспечивается уплотнением изолирующей втулки 4 и слоем резиновой изоляции, покрывающей корпус свечи и место соединения свечи с жилой.
В последнее время для присоединения жил кабеля к скважинным приборам широко применяют кабельные головки (наконечники) (рис. 104).

7. Проверка изоляции кабеля и определение места утечки. Сопротивление изоляции кабеля (между жилами и оплеткой или броней и между отдельными жилами) определяют обычно посредством мегометра при напряжении до 500 в. Если это напряжение может вызвать пробой изоляции прибора, подсоединенного к кабелю, то применяют метод, показанный на рис. 105. Сопротивление изоляции кабеля в этом случае определяют (в Мгом) по формуле

где E — напряжение батареи в в; I — сила тока через микроамперметр в мка.
Обнаружив плохую изоляцию (сопротивление изоляции меньше требуемой величины), отыскивают место повреждения изоляции жилы кабеля.
Для отыскания нарушения изоляции шланговых и оплеточных кабелей применяют схему предохранительных контактов (рис. 106). Кабель перематывают с лебедки Л1 на лебедку Л2. Когда места нарушения изоляции находятся вне интервала ВД, токи утечки через нарушение изоляции замыкаются помимо гальванометра Г и не отмечаются им. Нахождение места утечки в интервале БД отмечается отклонением стрелки гальванометра, которое увеличивается по приближению к контакту А. Кабель перед проверкой на изоляцию и определением места утечек увлажняют.

Определение места нарушения изоляции бронированного кабеля можно выполнить с помощью схемы, показанной на рис. 107. Схема представляет собой мостик, два плеча которого образованы постоянным R1 и переменным R2 сопротивлениями, а другие два плеча — участками жилы кабеля от места нарушения до концов H и К. Для питания мостика применяется источник постоянного тока Б. В измерительную диагональ моста включен гальванометр Г. Расстояния l1 и l2 от одного и другого концов кабеля до места утечки будут

где R1 и R2 — значения сопротивления мостика, при которых наблюдается положение равновесия; L — длина кабеля.
8. Разметка кабеля. Разметка кабеля производится для точной привязки диаграммы на глубину. Более точно ее выполняют на скважине. Лебедку устанавливают приблизительно в 30 м от устья, закрепляют блок-баланс и опускают кабель с грузом в скважину так, чтобы зажимная втулка находилась близ блока со стороны лебедки. Вблизи от зонда или скважинного прибора ставят нулевую метку. Далее от нулевой метки при помощи мерной ленты отмеряют расстояние от 20 до 50 м (в зависимости от нужной точности привязки) и ставят первую и все последующие метки. Кабель по мере установки меток постепенно опускают в скважину. Метки на оплеточных или шланговых кабелях устанавливают из шпагата или металлических колец. На бронированном кабеле обычно ставят магнитные метки.